Биология · базовый уровень · 7 класс · Урок 9

Как развивался растительный мир: ископаемые и освоение суши

Проследим крупные изменения от водных предков наземных растений к сосудистым и семенным линиям, не превращая эволюцию в лестницу «лучше–хуже».

Развитие растительного мира на Земле

Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс

Развитие растительного мира на Земле

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Растительные остатки в земной коре и методы их изучения
Первые наземные растения и освоение суши
Этапы развития крупных систематических групп
Вымершие растения и «живые ископаемые»
Музейная или видеоэкскурсия по истории растений

Упрощённое ветвление крупных линий растений. Схема не задаёт точные даты и не утверждает, что современные группы произошли друг от друга напрямую.

Как это устроено

Водные предки наземных растений жили в среде, которая поддерживала тело и доставляла воду. На суше возникли новые задачи: не высыхать, удерживать тело, проводить воду вверх и защищать клетки размножения. В разных линиях развивались покровы, проводящие ткани, корни, семена и пыльца. Эти изменения не произошли одновременно у всех растений.

Покровы уменьшают потерю воды, но растение не может просто стать полностью непроницаемым: для фотосинтеза ему нужен углекислый газ. Устьица позволяют менять интенсивность газообмена и испарения; это решение имеет цену — при открытии вода также теряется. У разных линий и местообитаний соотношение этих процессов неодинаково. Кутикула и устьица не следует объявлять признаками, одновременно и одинаково возникшими у всех современных растений.

По ископаемым отпечаткам, древним спорам, частям стеблей и корней учёные восстанавливают внешний вид и строение древних растений. Отпечаток показывает только сохранившуюся часть и часто не сообщает цвет, запах или полный жизненный цикл. Вывод проверяют по нескольким находкам, геологическому контексту и сравнению с живыми формами.

Ископаемые образуются не из каждого погибшего растения: ткани должны сохраниться при подходящих условиях, а порода — уцелеть и стать доступной исследователю. Поэтому самая ранняя известная находка группы означает «группа существовала не позже этого времени», но не доказывает точный день её появления. Для проверки возраста различают порядок слоёв и численный возраст: в ненарушенной толще нижний осадочный слой обычно старше верхнего, а подходящие минералы некоторых пород можно датировать по радиоактивному распаду. Оба вида данных проверяют вместе, с учётом возможных разломов и переотложения.

Школьная последовательность «мхи → папоротники → голосеменные → покрытосеменные» удобна для сравнения крупных изменений, но не означает, что современный мох превратился в современный папоротник, а тот — в современную сосну. В реальности линии ветвились и существовали параллельно. Многие древние группы исчезли; живущие сегодня тоже имеют собственную длительную историю.

Первые сосудистые растения получили возможность эффективнее переносить воду и опираться на ткани стебля. Семенные линии стали меньше зависеть от свободной воды при оплодотворении благодаря пыльце и защитили зародыш в семени. У цветковых появились завязь и плод. При этом мхи и папоротники не «устарели»: они успешно занимают подходящие местообитания сейчас.

Сравните три признака без идеи «ступеней прогресса». У мха заметное зелёное поколение — гаметофит, а для движения сперматозоидов к яйцеклетке нужна вода. У папоротника есть развитые проводящие ткани и крупный спорофит, но для оплодотворения его заростку также нужна водная плёнка. У семенных растений мужская линия переносится пыльцой, и для оплодотворения не требуется свободная наружная водная плёнка; зародыш защищён семенем. Это сравнение показывает разные жизненные циклы, а не оценку «хороший — плохой».

«Живое ископаемое» — удобное, но неточное прозвище. Если современные гинкго похожи по некоторым признакам на древние находки родственных линий, это не делает каждое дерево Гинкго билоба прямым потомком именно найденного в камне экземпляра и не означает остановки эволюции. В экспозиции музея отдельно ищите наблюдаемый признак, возраст породы и реконструкцию, сделанную исследователями.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Эволюция растений

Историческое изменение наследственных признаков растительных линий в череде поколений, приводившее к разнообразию, появлению новых форм и вымиранию других.

Пример: Переход некоторых древних линий к жизни на суше сопровождался изменениями покровов, размножения и переноса воды.

Ископаемый остаток

Сохранившийся в геологических породах след древнего организма: отпечаток, минерализованная часть, спора или иной признак его существования.

Пример: Отпечаток древнего листа в породе позволяет изучать форму и жилкование, но не цвет живого листа.

Палеоботаника

Область науки, изучающая древние растения по ископаемым остаткам и сопоставляющая их строение с данными геологии и современных организмов.

Пример: Палеоботаник сравнивает отпечатки спороносных структур из разных слоёв горной породы.

Геологический слой

Часть толщи пород, сформировавшаяся в определённых условиях и сохраняющая сведения о событиях прошлого; возраст слоя устанавливают несколькими геологическими методами.

Пример: Окаменелость из слоя с известным возрастом помогает оценивать, когда существовала древняя группа растений.

Важно: Положение в одном обнажении само по себе не даёт точной календарной даты без дополнительных данных.

Относительный возраст

Порядок геологических событий или образования слоёв: какой из них был раньше, а какой позже, без обязательного указания числа лет. В ненарушенной толще осадочных пород нижний слой обычно древнее лежащего над ним.

Пример: Если отпечаток растения находится в нижнем ненарушенном слое, он обычно старше отпечатка из верхнего слоя того же разреза.

Важно: Складки, разломы и перевёрнутые пласты требуют отдельной геологической проверки; правило нельзя применять механически.

Численный возраст породы

Оценка времени образования подходящей породы или минерала в годах. Её могут получать, в частности, по измерению радиоактивного распада в минералах, сопоставляя результат с геологическим положением слоя.

Пример: Возраст вулканического слоя над и под осадочным слоем может ограничить интервал, в котором оказался погребён ископаемый организм.

Важно: Возраст соседней породы не равен автоматически точному дню гибели отдельного организма.

Ископаемая летопись

Совокупность найденных и изученных ископаемых остатков вместе с их геологическим контекстом. Она даёт данные об истории жизни, но сохраняет лишь часть когда-либо живших организмов.

Пример: Древние споры, отпечатки стеблей и находки семян из разных слоёв позволяют сопоставить признаки растений разных эпох.

Наземные растения

Эволюционная линия растений, приспособившаяся к жизни преимущественно на суше и имеющая защищённый развивающийся зародыш; современные группы включают мхи и сосудистые растения.

Пример: Мох и сосна — наземные растения, хотя их строение и способы размножения различаются.

Проводящая ткань

Ткань из специализированных клеток, по которой в теле сосудистого растения перемещаются вода, минеральные и органические вещества.

Пример: Появление развитых ксилемы и флоэмы помогло древним сосудистым растениям вырасти крупнее типичных мхов.

Кутикула растения

Защитный поверхностный слой на надземных органах многих наземных растений, который уменьшает испарение воды. Он не прекращает газообмен полностью: его регулируют, в частности, устьица.

Пример: Покров листа вместе с устьицами помогает растению сохранять воду и получать углекислый газ в воздушной среде.

Устьице

Микроскопическая пора в покровной ткани растения, открытие которой регулируют замыкающие клетки; через неё идут газообмен и испарение воды.

Пример: Если устьице открыто, углекислый газ легче поступает в лист, но через него может выходить водяной пар.

Пыльца

Защищённая стадия мужского гаметофита семенного растения, позволяющая переносить мужскую репродуктивную линию между растениями без свободной водной плёнки для плавания клеток.

Пример: Ветер может перенести пыльцу сосны к женской шишке, а насекомое — пыльцу цветкового растения к другому цветку.

Семя

Образование семенного растения с зародышем, покровами и запасом питательных веществ или тканью, которая его обеспечивает; помогает пережить неблагоприятный период и расселиться.

Пример: Семя сосны развивается из семязачатка на чешуе шишки; семя фасоли — внутри плода-боба.

Вымирание

Прекращение существования вида или другой эволюционной линии, когда не остаётся её живых представителей.

Пример: Некоторые древние древовидные споровые растения известны только по ископаемым остаткам.

«Живое ископаемое»

Неофициальное выражение для ныне живущего организма, у которого сохранились некоторые древние черты или который представляет старую линию.

Пример: Гинкго часто называют «живым ископаемым» из-за длительной истории близких линий в ископаемой летописи.

Важно: Современный гинкго не является неизменившимся древним экземпляром; его популяции тоже эволюционировали.

Куксония — Cooksonia

Вымершие ранние наземные растения, известные по ископаемым небольшим ветвящимся безлистным осям с конечными спорангиями.

Пример: В музейной карточке можно отметить разветвление оси надвое и спорангии на концах.

Важно: Фрагмент не показывает весь организм и не устанавливает прямого предка современной сосны.

Лепидодендрон — Lepidodendron

Род вымерших древовидных плауновидных, известный по ископаемым частям растений, в том числе стволам с характерными листовыми подушками.

Пример: Повторяющиеся ромбовидные следы на поверхности ископаемого ствола помогают сравнивать такие находки.

Важно: Современный травянистый плаун не является молодой стадией лепидодендрона.

Пример по шагам

На музейной карточке написано: «Отпечаток хвощевидного растения лежит в нижнем слое, а отпечаток семенного — в верхнем. Значит современный хвощ был прямым предком современной сосны, и известен точный год появления сосны». Какие части вывода не следуют из находки?

Проверьте контекст: только при ненарушенном положении слоёв нижняя находка указывает на более раннее погребение; это относительный, а не численный возраст.
Отпечаток сообщает некоторые признаки древнего растения. Он не позволяет отождествить его с живущим сейчас хвощом и доказать прямую родословную сосны.
Современные хвощи и сосны принадлежат разным живущим линиям с общими более древними предками; ранняя найденная окаменелость не фиксирует точный год возникновения группы.

Вывод: Из слоёв можно обоснованно получить порядок находок; для численного времени нужны дополнительные методы, а эволюционные связи проверяют как ветвящееся родство.

Практическая работа

Проверяем вывод по музейному экспонату

Посмотрите музейный отпечаток растения или качественную фотографию с подписью слоя и предполагаемого возраста.
Разделите сведения на прямо видимые признаки, сведения из подписи о геологическом контексте и гипотезы о живом организме.
Сравните с другим образцом той же группы и запишите, какой вопрос нельзя решить по одному отпечатку.

Что можно заключить: Ископаемый остаток даёт проверяемые сведения о части древнего организма, но реконструкция требует дополнительных находок и методов.

Безопасность: Не извлекайте окаменелости из охраняемых объектов самостоятельно; в музее не касайтесь экспонатов без разрешения.

Практическая работа

Куксония и лепидодендрон: находка и реконструкция

Учебные модельные данные — не результаты реального опыта

Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.

Готовые описания музейных ископаемых объектов
Объект	Признаки в находках	Осторожный вывод
Куксония — Cooksonia, вымершие ранние наземные формы	Сохранились небольшие безлистные оси, разветвляющиеся надвое, и конечные спорангии	Такие находки свидетельствуют о раннем наземном растении со спороносными осями. Полное тело, окраску и все стадии цикла отдельный фрагмент не показывает
Лепидодендрон — Lepidodendron, вымершие древовидные плауновидные	Отпечатки поверхности стволов имеют повторяющиеся ромбовидные листовые подушки и следы прикрепления листьев; известны также отдельные репродуктивные и подземные части	По комплексу находок реконструируют древовидный облик. Не каждый ромбовидный отпечаток подтверждает весь цикл; соединение разрозненных органов требует доказательств

Карточки пересказывают признаки изученных музейных объектов. Они не являются настоящими образцами, фотографиями или результатами датирования ученика. Названия родов не означают установленного единственного прямого предка современных растений.

Для двух карточек отделите наблюдаемые ископаемые признаки от реконструкции целого растения. Что подтверждает наличие спороносной структуры, а что требует дополнительных находок?
Оцените два вывода: «Куксония — один из известных ранних наземных примеров» и «Именно этот кусок куксонии был прямым предком сосны». Какой обоснован данными, а какой нет?

Что можно заключить: Разветвление и конечные спорангии — признаки куксонии; листовые подушки на поверхности ствола — признаки находок лепидодендрона. Оба примера вымершие. Их сравнение помогает восстановить разнообразие и изменения строения растений, но один отпечаток не доказывает прямую цепь к современному плауну или сосне и не задаёт точный момент возникновения группы.

Безопасность: Работайте с карточками и музейными изображениями; не откалывайте породу и не извлекайте коллекционные образцы.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.